一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染系统和方法

1.本发明涉及三维模型云端渲染技术领域，特别涉及一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染系统和方法。


背景技术：

2.在计算机领域，光线追踪被广泛应用于计算机游戏和动画、电视和电影产品中。
3.渲染是选取一个或多个视角，将描述三维场景的数据模型通过计算，赋予材质、光影等效果，然后输出赋予质感的三维效果。渲染是计算机图形学中“可视化”的重要步骤。渲染是将输入的三维模型数据通过计算得到像素阵列的过程。
4.目前，三维模型鞋服在展示过程中的效果存在细节不清晰，模型光感效果不突出的缺点。一般的渲染模型是直接光照，使用栅格化渲染，经常需要在场景中添加额外的灯光来达到想要的明暗效果，因为光线不会主动栅格化器中物体的反弹光源(真实世界中光线会反弹)。这样就不会真实反映物体的光感而使效果失真。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染系统和方法。
6.为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
7.一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染系统，包括：web端、3d鞋服面料录入和效果生成模块、鞋服3d款式模型制作模块和云端三维光感效果生成服务器；
8.web端用于上传鞋服三维模型至云端服务器，并展示渲染完成的效果；
9.3d鞋服面料录入和效果生成模块：通过3d面料扫描录入设备对面料扫描录入，并应用软件对面料进行光感效果的漫反射、凹凸效果、粗糙度、透明效果生成处理，赋予光感效果特性标签；
10.鞋服3d款式模型制作模块：对款式进行3d建模生成，并对款式进行分层处理；
11.云端三维光感效果生成服务器包括：光线生成模块、场景遍历模块、模型求交模块、光照计算模块和光线衍生模块；
12.光线生成模块：用于生成初始光线的起点和方向。
13.场景遍历模块：用于利用光线的信息在整体场景的空间剖分结构中寻找可能需要进行光线求交的模型表面基元，使用类二叉树结构来组织场景。
14.模型求交模块：用于交点的探测和求交计算。
15.光照计算模块：利用光照明模型来进行光照计算，并将获得值累加到帧缓存相关象素中。
16.光线衍生模块：如果光线有交，就利用交点信息生成相应的反射或折射光线。必要时，也会生成阴影测试光线。
17.所述云端三维光感效果生成服务器用于存储具有上述功能模块的渲染程序，渲染
程序可被一个或者多个处理器执行，以实现三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法。
18.所述处理器用于执行云端服务器中存储的渲染程序，以实现三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法。
19.本发明还公开了一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法，包括以下步骤：
20.s1：web端准备好鞋服三维模型至云端服务器；
21.s2:3d鞋服面料录入和效果生成模块通过3d面料录入设备对面料扫描录入，并应用软件对其进行光感效果的漫反射、凹凸效果、粗糙度、透明效果生成处理，赋予光感效果特性标签；
22.s3：3d款式模型生成：通过建模型软件生成3d款式模型，格式包括：obj和fbx等；
23.s4：云端三维光感效果生成服务器对三维模型进行光线生成、场景遍历、模型求交、光照计算和光线衍生操作。
24.s5：遍历与求交多次后，得到相应的三维数组，将三维数组进行再次组合，并生成新的模型在web端呈现。
25.s6:效果生成：光线追踪渲染生成。
26.进一步地，进行光线衍生技术时，会获得反射和折射两组光线，是一个物件多路径计算的过程，在多个路径之间进行切换需要物件的控制。物件同时对这些光线进行计算，即当光线生成和光线衍生产生光线时，将生成的光线压入栈。
27.进一步地，所述场景遍历和模型求交以场景的空间为中心，构建类bsp的算法，采取一组光线并行入栈的方式。
28.进一步地，已经计算完成的光线，则有渲染和完成两种不同的状态。在光线上标志四个状态：遍历、求交、渲染和完成。光线在四个状态间的切换由一个有限自动机来控制，切换的条件如下：
29.遍历－＞完成：光线不再有下一个叶结点需要遍历，在当前叶结点也没有交点。
30.遍历－＞遍历：光线遍历的当前叶结点中不存在表面基元。
31.遍历－＞求交：光线遍历的当前叶结点中存在表面基元。
32.求交－＞求交：光线与当前表面基元无交，但当前叶结点中还存在未求交表面基元。
33.求交－＞遍历：光线与当前表面基元无交，且当前叶结点中不存在未求交表面基元。
34.求交－＞渲染：光线与当前表面基元有交。各个状态的任务如下：
35.遍历：负责利用光线的信息寻找下一个需要遍历的叶结点。
36.求交：负责光线与当前的表面基元进行求交计算。
37.渲染：负责计算当前光线的光照明贡献。
38.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过面料光感效果和环境光结合的渲染效果，细节清晰，逼真度更高，模型光感效果突出。并实现远程协同渲染的互联网形式。应用更广。
附图说明
39.图1是本发明实施例三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法流程图；
40.图2是本发明实施例三维模型渲染后的效果图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
42.一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染系统，包括，web端、云端服务器和处理器；
43.web端用于上传鞋服三维模型至云端服务器。
44.3d鞋服面料录入和效果生成模块：通过3d面料录入设备对面料扫描录入，并应用软件对其进行光感效果的漫反射、凹凸效果、粗糙度、透明效果生成处理，赋予光感效果特性标签；
45.3d款式模型生成：通过建模型软件生成款式模型格式为obj、fbx等；
46.云端服务器包括：光线生成模块、场景遍历模块、模型求交模块、光照计算模块和光线衍生模块
47.光线生成模块：用于生成初始光线的起点和方向。
48.场景遍历模块：用于利用光线的信息在整体场景的空间剖分结构中寻找可能需要进行光线求交的模型表面基元。本发明使用类二叉树结构来组织场景。
49.模型求交模块：用于交点的探测和求交计算。
50.光照计算模块：利用光照明模型来进行光照计算，并将获得值累加到帧缓存相关象素中。
51.光线衍生模块：如果光线有交，就利用交点信息生成相应的反射或折射光线。必要时，也会生成阴影测试光线。
52.所述云端服务器用于存储具有上述功能模块的渲染程序，渲染程序可被一个或者多个处理器执行，以实现三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法。
53.所述处理器用于执行云端服务器中存储的渲染程序，以实现三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法。
54.如图1所示，一种三维模型鞋服云端光线追踪渲染方法，包括以下步骤：
55.s1：web端准备好鞋服三维模型至云端服务器；
56.s2:3d鞋服面料录入和效果生成模块：通过3d面料录入设备对面料扫描录入，并应用软件对其进行光感效果的漫反射、凹凸效果、粗糙度、透明效果生成处理，赋予光感效果特性标签；
57.s3:3d款式模型生成：通过建模型软件生成款式模型格式为obj、fbx等；
58.s4：云端三维光感效果生成服务器对三维模型进行光线生成、场景遍历、模型求交、光照计算和光线衍生操作。
59.s5：遍历与求交多次后，得到相应的三维数组，将三维数组进行再次组合，并生成新的模型在web端呈现。
60.s6:效果生成：光线追踪渲染生成。
61.光线衍生在三维模型上进行光线衍生技术时，会获得反射和折射两组光线，是一个物件多路径计算的过程，在多个路径之间进行切换需要物件的控制。物件同时对这些光线进行计算，即当光线生成和光线衍生产生光线时，将生成的光线压入栈。
62.另一方面，光线的遍历和求交由于访问存储空间的限制，成为了算法实现中遇到的挑战。为此，必须设计合适的遍历加速结构来组织场景中的几何基元数据。在经典的加速结构中，有两种主要的组织方式。一种以场景的几何基元为中心，一种以场景的空间为中心。这里使用后一种，构建类bsp的算法，并且为了提高效率，采取一组光线并行入栈的方式。
63.为了加速光线与场景求交的过程，这里应用空间剖分结构。光线与场景求交的过程可以分解为两个大的步骤：遍历和求交。
64.已经计算完成的光线，则有渲染和完成两种不同的状态。本发明在光线上标志四个状态：遍历、求交、渲染和完成。光线起始时，或者处于遍历状态，或者处于完成状态。光线在四个状态间的切换由一个有限自动机来控制。
65.切换的各个条件如下：
66.遍历－＞完成：光线不再有下一个叶结点需要遍历，在当前叶结点也没有交点。
67.遍历－＞遍历：光线遍历的当前叶结点中不存在表面基元。
68.遍历－＞求交：光线遍历的当前叶结点中存在表面基元。
69.求交－＞求交：光线与当前表面基元无交，但当前叶结点中还存在未求交表面基元。
70.求交－＞遍历：光线与当前表面基元无交，且当前叶结点中不存在未求交表面基元。
71.求交－＞渲染：光线与当前表面基元有交。各个状态的任务如下：
72.遍历：负责利用光线的信息寻找下一个需要遍历的叶结点。
73.求交：负责光线与当前的表面基元进行求交计算。
74.渲染：负责计算当前光线的光照明贡献。
75.渲染和完成的任务较为简单，下面将集中分析遍历和求交中的问题和解决方案。
76.如图2所示，可以看出，本发明渲染的3d模型细节清晰，逼真度更高，模型光感效果突出。
77.本领域的普通技术人员将会意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
78.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
79.这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。